[发明专利]单晶光纤超短脉冲放大系统共轴调节方法

说明书

本发明公开了单晶光纤超短脉冲放大系统共轴调节方法，属于大能量超短脉冲激光放大系统领域，可以实现单晶光纤，信号激光，泵浦激光三者的严格共轴，以此来保证放大增益和放大输出的光束质量，并降低高峰值功率密度的信号激光造成的单晶光纤的损伤问题；将单晶光纤放置于水冷睡式C型放置槽中，水冷睡式C型放置槽中放置的冷却水可辅助单晶光纤更好的散热，降低单晶光纤纤芯的温度，提高信号激光输出功率，且在单晶光纤表面包裹采用改性导热硅胶材料制作而成的疏水浮层，一方面可使得单晶光纤稳定散热，另一方面，利用疏水浮层的浮力可使得单晶光纤在冷却水中始终保持水平状态，无需人工干预调节。

技术领域

本发明涉及大能量超短脉冲激光放大系统领域，更具体地说，涉及单晶光纤超短脉冲放大系统共轴调节方法。

背景技术

高能超短脉冲与物质相互作用过程中，由于其具有热效应小，加工材料孔径周围几乎没有熔融区，对加工材料无选择性等特点，使得高能超短脉冲激光目前已经用于超精细的刻蚀，微光子器件的制造，医学心脏支架的制造，高精度的微孔加工等，突破了加工领域能设计，不能加工的技术现状。目前的高能的超短脉冲放大系统，根据增益介质的不同，主要有板条放大器，碟片放大器，光纤放大器，单晶光纤放大器等。板条放大和碟片放大技术，由于增益介质模场面积大，系统非线性弱，有利于大能量超短脉冲放大，但是这两种放大方式系统复杂，板条放大一般需要借助于多通放大技术和光束整形，而碟片放大一般需要借助于再生放大结构，而且，增益介质散热封装要求高，光束质量难于控制，环境适应性较差。而光纤激光放大结构，信号可以单次串行放大，结构简单，光纤的表面体积比大，散热容易，而且光纤的波导结构，保证了光纤放大输出优异的光束质量，但是放大过程中的非线性强是光纤放大器的一大缺点，也是限制高能超短脉冲放大输出的瓶颈。单晶光纤放大特点介于光纤和固体之间，是一种新型的放大技术，其增益介质特点为直径为百μm到1mm，长度为几十mm，细棒增益介质侧面具有很高的光洁度，在放大的过程中，其信号在单晶光纤中自由传播，而泵浦激光在单晶光纤中可以实现如同光纤内的波导式传播，这样的特点，决定了该放大器较传统的晶体棒放大方式，具有更高的增益和能量提取效率，同时，其细长的结构使得在高功率泵浦的情况下，单晶光纤具有更加好的散热效果和良好的光束质量输出。因此可以采用相对简单的单通、双通或者四通放大结构，实现高增益的放大。同时，由于其模场面积较光纤有了显著的提升，并且其长度相对光纤有了明显的变短，放大过程中，非线性积累明显降低，可以实现大能量的飞秒放大输出，因此可以说，单晶光纤放大兼具了固体放大介质的高能输出能力和光纤放大介质的高增益高光束质量放大特点。但是，如何实现单晶光纤的有效放大，其中一个很重要的问题就是要解决单晶光纤放大过程中，激光信号，泵浦信号，和单晶光纤三者精密共轴的调节。只有实现了泵浦、信号以及单晶光纤的精密共轴，才有可能实现高增益高光束质量的放大输出，同时也是防止晶体损伤出现的一个重要的保障。

单晶光纤本身的直径仅1mm，而长度相对较长，为几十mm，如果信号激光、泵浦激光和单晶光纤没有做到精密共轴，首先会造成信号激光和泵浦激光的模式重叠率下降，造成放大增益降低，同时，如果信号在侧壁有反射的话，会严重影响放大输出的光束质量。目前信号激光的调节通常依赖于穿过晶体的功率和光斑模式来判断，这样的判断标准是不充分的，一般在放大过程中，信号激光被准直到几百μm，其穿过单晶光纤的过程中，与晶体的共轴偏差不是很大的话，穿过晶体的功率和光斑模式都不会产生明显的区别。因此，依赖于穿过晶体的功率和光斑模式来判断共轴，其调节精度是不足的，也无法保证最终的放大效率。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供单晶光纤超短脉冲放大系统共轴调节方法，它可以实现单晶光纤，信号激光，泵浦激光三者的严格共轴，以此来保证放大增益和放大输出的光束质量，并降低高峰值功率密度的信号激光造成的单晶光纤的损伤问题。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。